Földközeli és drónos távérzékelési mérések a szőlészetben

A szőlőültetvények állapotáról pontos információkat kaphatunk drónos (UAV – Unmanned Aerial Vehicle), valamint földközeli növényi felvételezéseknek (növekedési erély, lombszerkezet) a vegetációs időszakban végzett vizsgálata esetén. Felméréseink során a Hajós-Bajai borvidéken – Borotán – a Cserszegi fűszeres szőlőfajtán beállított különböző művelésmódú ültetvények lombszerkezetében lévő különbségeket vizsgáltuk földközeli és légi mérésekkel. Az időigényes földi felvételezések jól korreláltak a légi mérések eredményei alapján számolt NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) térképi feldolgozással. A különböző művelésmódok produktivitásának, az előállítható bor minőségének és mennyiségének a ráfordításokkal való összefüggését tovább vizsgáljuk.

Magyarországi előzmények

A különböző földközeli és légi távérzékelési eszközök használata a precíziós mezőgazdasági termesztésben egyre elterjedtebb a termőhely, illetve a termesztett növényállomány jellemzésére egyaránt.

A szőlészetben, Magyarországon is meglehetősen gyors ütemben fejlődik ez a kutatási terület. Az Egri borvidéken már 2011-től kezdődtek térinformatikai vizsgálatok, légi felvételezések különböző dűlőkről, a Tokaji borvidéken 2016-ra készült el a borvidék egész területének georeferált ökológiai felmérése. Jelen vizsgálataink során a Hajós-Bajai borvidéken – Borotán – a Cserszegi fűszeres szőlőfajtán beállított különböző művelésmódú ültetvények lombszerkezetében lévő különbségeket jellemeztük földközeli és légi felvételezésekkel.

A földközeli és a légi felvételezések során alkalmazott módszerek

A 2016. évi vizsgálatokra a Hajós-Bajai borvidéken, a Koch Borászatnál került sor Borotán. A Vitis vinifera L. Cserszegi fűszeres fajtán, különböző sorirányú táblákban 2 féle művelésmódon nevelt szőlő lombozatának megvilágítottságát hasonlítottuk össze. A 3 m x 1 m sor- és tőtávolságú, északnyugat-délkelet, valamint északkelet-délnyugati tájolású sorokban Sylvoz-kordon és Módosított Sylvoz-kordon művelésmód (1. kép) került kialakításra háromszoros ismétlésben.

A Módosított Sylvoz kordon művelésnél a tulajdonos a lombozatot a hajtásnövekedés során nem fűzte be páros huzalok közé, így a hajtások függőlegesen a 3 emeleten elhelyezett egyes huzalokba kapaszkodtak felfelé, ill. a térben szabadon nőttek.

A földi mérések esetében (2016. szeptember 2.) a lombozatnak a talajfelszínére vetülő árnyék mértékét Sunfleck ceptometer (AccuPAR 80, Decagon Devices, Pullman WA 99163 USA) típusú fénymérő készülékkel (2. kép) vizsgáltuk a nap folyamán 2 óránként (8-16 óra között) a kiválasztott tőkék esetében a sortól 150, 100, 50 cm-re mindkét irányban, ill. közvetlenül a sor alatt.

A lombozat belsejében a fény minőségét, ill. spektrális összetételét hordozható spektrométerrel (Qmini, RGB Photonics GmbH, Németország) mértük (3. kép).

A lombozat mikroklimatikus méréseihez (hőmérséklet, páratartalom, harmatpont) EasyLog EL USB-2 (Lascar Electronics, UK) típusú érzékelők kerültek felhelyezésre négy ismétlésben, a szőlő fürtzónájában (4. kép). A műszerek adatgyűjtése 5 perces időintervallumonként történt a vegetációs időszak során.

A légi felvételezésekre 2016. szeptember 4-én került sor UAV technikával (5. kép), melyek során két különböző kamera segítségével készültek a felvételek két felszállás alkalmával. Az első repülésnél Parrot Sequoia multispektrális kamera (6. kép) került rögzítésre pilóta nélküli repülőgépre, amely 4 különböző hullámhossz tartományban (Green, Red, RedEdge, NIR) készített felvételeket.

A mérés során 10 cm/pixel felbontású képek (1.2 MP) készültek 100 méteres magasságban. A második felszállás alkalmával Sony ILCE-QX1 kamerával történt a berepülés, 200 méteres magasságban 5 cm/pixel felbontásban kerültek rögzítésre a felvételek látható színek tartományában. A Parrot Sequoia multispektrális kamerával készült felvételek adatait a Pix4D szoftverrel dolgoztuk fel. Az így elkészült NDVI térképek reprezentálják a különböző tőke művelésmódok vegetációs felületét.

Jelen cikkünkben a földközeli mérések közül a lombozatnak a talajra vetülő árnyék értékeit, a drónos felvételezések közül az NDVI képet mutatjuk be. Tájékoztatásul közöljük még az egyes művelésmódon nevelt tőkék terméseredményét a kétféle sorirány estében.

A földközeli felvételezések eredményei

A földi vizsgálatok eredményeképpen az eltérő sorirányú, valamint művelésmódú Cserszegi fűszeres tőkék mellett a lombozat által megszűrt, talajfelszínre vetülő fényintenzitás értékek kerülnek bemutatásra. Az adatok matematikai statisztikai módszerrel kerültek kiértékelésre, melynek során a fényintenzitás értékeket összehasonlítottuk a két művelésmód, valamint a sorirányok esetében. A kiemelt példán (7. kép) szemléltetjük, hogy a délelőtt 10 órakor történt mérési időpontban, a Módosított Sylvoz művelésű tőkék a talaj felületére szignifikánsan nagyobb árnyékot vetnek, több levélréteg, nagyobb lombfelület jellemzi őket.

Ennél a művelésmódnál az ültetvény felületére beeső nap sugárzásból a növények többet hasznosítanak, mint a hagyományos Sylvoz művelésű tőkék (8. és 9. kép).

A diagramokon a Sylvoz valamint a Módosított Sylvoz művelésmódú sorok esetében ábrázoltuk a délelőtt 10 órakor történt mérés során a napsugárzásnak a talajfelszínre eső fényintenzitását, vagyis az árnyékhatást a sor közepétől mért távolságok megjelölésével. Az északnyugat-délkeleti sorirány vizsgálata során azt figyeltük meg, hogy a két művelésmód között szignifikáns különbség nincs, de a sor közepétől távolodva mindkét művelésmódú sorok szignifikánsan nagyobb árnyékot vetnek a talajra (1. ábra). Az északkelet-délnyugati sorokat tekintve igazoltuk, hogy szignifikáns különbség van a művelésmódok között (2. ábra). A 10 órás mérési eredményeknél látható, hogy a sor közepétől távolodva a Sylvoz művelésmódú sorokban szignifikánsan kisebb a talajra vetülő árnyék, mint a Módosított Sylvoz művelésűeknél.

A légi felvételek kiértékelései

A légi felvételezések UAV technikával, merevszárnyú repülőgépek alkalmazásával valósultak meg. A 10. képen a Cserszegi fűszeres ültetvény 2 különböző sorirányú Sylvoz és Módosított Sylvoz művelésmódú kezelésének NDVI képe látható.

Az NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) érték egy olyan dimenziómentes mérőszám, amely az adott terület vegetációs felületének nagyságát, növekedési erélyét fejezi ki. Ezt az értéket a növényzet által, a közeli infravörös (NIR) és a látható vörös (RED) sugárzási tartományokban visszavert intenzitások különbségének hányadosa adja. Az NDVI index korrelál a vizsgálati területet takaró növényzet fajlagos klorofill tartalmával is, így a különböző fenofázisokban lévő növényzet állapotát is fel tudjuk térképezni, akár több hektáros területen (11. és 12. kép).

A vizsgálati területen található eltérő művelésmódú fajták az általunk készített NDVI térképen is jól elkülöníthetők. Mind az északkelet-délnyugat, illetve az északnyugat-délkeleti irányú soroknál láthatjuk két-két soronként az eltérő színű csíkokat (vörös és sárga), mely a Módosított Sylvoz esetében a vastagabb vörös csíkkal több levélrétegre, nagyobb lombfelületre utal (13. kép).

A nagyobb vegetációs felület a talajra eső napfény nagyobb %-át tudja a fotoszintézise során hasznosítani. Ez a szénhidrát többlet a termés, ill. a fás részekben elraktározott tápanyagok mennyiségének növekedésében realizálódhat. Az NDVI adatok korrelálnak a fénymérések adataival.

Az ültetvények terméseredményei

Mind a lombozat fény-árnyék mérései, mind az NDVI értékek arra utalnak, hogy a Módosított Sylvoz művelésmódú tőkék nagyobb vegetációs felülettel rendelkeznek, az egységnyi területre eső fény nagyobb részét képesek megkötni, mint a Sylvoz művelésű tőkék. E nagyobb lombfelület asszimilációs többlete a termésmennyiség növekedésében is realizálódott 2016-ban (1. táblázat).

A két művelésmód közötti különbségek további, részletes vizsgálatokat igényelnek a vegetációs időszakon belüli eltérő hajtásnövekedésüket, lombszerkezetüket, a fürtzónában uralkodó fényviszonyok minőségének, mennyiségének szezonális változását, a termés minőségét, ill. a borok összetételét illetően. Mindemellett gazdasági számítások is szükségesek ahhoz, hogy megállapítsuk melyik művelésmód, mennyi anyagi és kézimunka erő ráfordítással alkalmas a terroir legmegfelelőbb kihasználására.

Irodalom

• Bálo Borbála; Olasz Angéla, Tóth Erika; Katona Zoltán; Deák Tamás; Bodor Péter; Burai Péter; Bisztray György Dénes. (2014): Arccal a terroir felé. Térinformatika az Egri borvidéken. Bor és Piac, 3-4. p.22-25.
• Bálo, Borbála; Katona, Zoltán; Olasz, Angéla; Tóth, Erika; Deák, Tamás; Bodor, Péter; Burai, Péter; Majer, Petra; Váradi, Gyula; Nagy, Richárd; Bisztray, György Dénes (2014): Focus on terroir studies in the Eger wine region of Hungary. Proc. of the Xth International Terroir Congress (Ed. Bálo et al. by PALATIA Ltd.) Vol. (1) 46-52.
• Bareth Georg, Aasen Helge, Bendig Juliane, Gnyp Leon Martin, Bolten Andreas, Jung András, Michels René, SoukkaMäki Ulm & Jussi, Oulu (2015): Low-weight and UAV-based Hyperspectral Full-frame Cameras for Monitoring Crops: Spectral Comparison with Portable Spectroradiometer Measurements
• Dokoozlian, Nick, L.; Kliewer, Waletr Mark (1995): The Light Environment Within Grapevine Canopies. I. Description and Seasonal Changes During Fruit Development. Am J Enol Vitic. 46: 209-218.
• Lukácsy, György; Tombor, András; Goreczky, Gergely; Nagy, László; Szabó, József; László, Péter; Burai, Péter; Bekő, László; Jung, András; Kristóf, Dániel; Bisztray, György Dénes; Bálo, Borbála (2014): Evaluation of state of vineyards and characterization of vineyard sites of the integrated area of Tokaj Kereskedőház ltd. in Tokaj region. Proc. of the Xth International Terroir Congress, Vol. (1) 22-28.
• https://uavsystemsinternational.com/product/3d-robotics-aero-m/
• http://ventustech.hu/uj-generacios-repulogepeink-berepulese/
• http://uav-rpas.blog.hu/2015/03/04/adatfeldolgozas_dronok_mezogazdasagi_alkalmazasahoz
• http://agrielectronics.blogspot.hu/2013/10/portable-crop-health-sensor.html?m=1
• http://crops.extension.iastate.edu/cropnews/2016/05/choosing-right-imagery-best-management-practices-color-nir-and-ndvi-imagery
• http://www.micasense.com/
• http://www.c-astral.com/media/uploads/file/c-astral_2016_catalogue_ok_s.pdf
• https://www.parrot.com/us/Business-solutions/parrot-sequoia#technicals
• http://teo.elte.hu/minosites/ertekezes2011/kern_a.pdf

Szobonya Nikoletta, Dr. Bálo Borbála
SZIE Kertészettudományi Kar, Szőlészeti Tanszék, Budapest
Dr. Jung András
SZIE Kertészettudományi Kar, Műszaki Tanszék, Budapest
Dr. Vanek Bálint
Ventus-Tech Kft., Budaörs
Koch Csaba
Koch-Vin Kft., Borota
Dr. Ladányi Márta
SZIE Kertészettudományi Kar, Biometria és Agrárinformatika Tanszék, Budapest